Download Luận văn Nghiên cứu bộ lọc và bù công suất phản kháng dùng thiết bị điện tử công suất
MỤC LỤC
Lời cam đoan. .1
Mục lục .2
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt . .3
Danh mục các bảng.4
Danh mục các hình vẽ, đồ thị.5
Lời nói đầu .10
Chương 1. Tổng quan về sóng điều hòa và bù công suất phản kháng.12
1.1. Đặt vấn đề . . . 12
1.2. Tổng quan về sóng điều hòa . . .12
1.3. Tổng quan về công suất phản kháng . .24
1.4. Kết luận .27
Chương 2. Các bộ lọc sóng điều hòa và bù công suất phản kháng.28
2.1. Các bộ lọc sóng điều hòa . .28
2.2. Các phƣơng pháp bù công suất phản kháng . .40
2.3. Kết luận .47
Chương 3. Thiết kế bộ lọc tích cực và bù công suất phản kháng dùng chỉnh lưu PWM . .48
3.1. Khái quát chung về chỉnh lƣu PWM .48
3.2. Ứng dụng chỉnh lƣu PWM để làm bộ lọc tích cực 51
3.3. Cấu trúc mạch lọc sóng điều hòa và bù công suất phản kháng dùng chỉnh lƣu PWM . . . 59
3.4. Kết luận . . .63
Chương 4.Thiết kế bộ lọc tích cực và bù CSPK cho tải bể mạ nhôm 5000A,24V.64
4.1. Đặt vấn đề . . .64
4.2. Phân tích ảnh hƣởng của tải bể mạ lên lƣới điện . .66
4.3. Thiết kế bộ lọc cho nguồn bể mạ . .77
4.4. Khảo sát mạch lọc với nguồn bể mạ . .85
4.5. Kết luận chung . . . . 96
Để tải bản DOC Đầy Đủ xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
38
Hình 2.14. Mạch lọc tích cực 3 dây
- Mạch lọc tích cực bốn dây: có thể dùng cho tải phi tuyến 1 pha cấp nguồn từ
hệ thống nguồn cấp bốn dây (có thêm dây trung tính) hay cho tải phi tuyến ba pha.
Trong hệ này mạch lọc sẽ loại bỏ sự quá dòng ở dây trung tính.
Trong mạch lọc tích cực loại này có thể chia ra mạch lọc tích cực 4 dây có
điểm giữa và mạch lọc tích cực 4 dây. Cấu trúc mạch lọc tích cực 4 dây có điểm
giữa thƣờng đƣợc sử dụng hơn do nó yêu cầu số van bán dẫn ít hơn tuy nhiên cấu
trúc điều khiển sẽ phức tạp hơn và yêu cầu tụ có dung lƣợng lớn và vấn đề cân bằng
điện áp trên tụ cần đƣợc quan tâm. Trong khi đó cấu trúc 4 dây thì điều khiển
đơn giản hơn, dung lƣợng tụ yêu cầu thấp hơn nhƣng cần số van chuyển mạch lớn
hơn.
Unbalanced
Load
Ua
Ub
Uc
isa
isb
isc
iLa
iLb
iLc
icaicbicc
S1 S3 S5
S4 S6 S2
Cdc
Cdc
N
icn
isn iLn
Hình 2.15. Mạch lọc tich cực 4 dây có điểm giữa
Tải phi
tuyến
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
39
Unbalanced
Load
Ua
Ub
Uc
isa
isb
isc
iLa
iLb
iLc
icaicbicc
S1 S3
S2 S4
Cdc
N
icn
isn iLn
S5 S7
S6 S8
Hình 2.16. Mạch lọc tích cực 4 dây
2.1.3. Bộ lọc hỗn hợp.
Thực chất là sự kết hợp của bộ lọc chủ động và bộ lọc thụ động. Mục đích là
giảm chi phí đầu tƣ ban đầu và cải thiện hiệu quả của bộ lọc động. Bộ lọc thụ động
sẽ lọc những sóng điều hòa mà bộ lọc chủ động không lọc đƣợc hay lọc một cách
khó khăn. Chính vì thế thông số chỉ tiêu của bộ lọc chủ động sẽ không cần quá cao
qua đó giảm đƣợc chi phí.
Sơ đồ nguyên lý của mạch lọc hỗn hợp nhƣ hình dƣới:
Non-
Linear
LoadSource
AFs
UF
Passive
filter
Non-
Linear
LoadSource
AF
Passive
filter
Hình 2.17. Thiết bị lọc hỗn hợp
Tải phi
tuyến
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
40
Ngoài ra khi kết hợp AF và AFs ta đƣợc bộ UPQC (Unified Power Quality
Conditioner) kết hợp đƣợc cả chức năng của AF và AFs.
Hình 2.18. Sơ đồ cấu trúc UPQC
Trong UPQC, AFs có chức năng cách lý sóng điều hòa giữa tải và nguồn,
điều chỉnh điện áp, giảm dao động, giữ điện áp cân bằng. AF có chức năng lọc sóng
điều hòa, triệt tiêu thành phần thứ tự âm. Tuy nhiên giá thành đắt và điều khiển phức
tạp.
2.2. Các phương pháp bù công suất phản kháng.
2.2.1. Các thiết bị bù công suất phản kháng.
Ở chƣơng 1 ta đã nói tới một số biện pháp bù công suất phản kháng, tƣơng
ứng với các biện pháp đó là có một số các thiết bị bù phổ bến nhƣ sau:
1. Tụ điện tĩnh.
Khi có điện áp đặt vào tụ có dòng điện chạy qua tụ, dòng này vƣợt trƣớc
điện áp một góc 900 do đó phát ra CSPK. Để đóng cắt tụ điện vào đƣờng dây
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
41
ngƣời ta sử dụng các thyristor. Thông qua việc điều chỉnh đóng cắt các thyristor sẽ
điều chỉnh đƣợc dung lƣợng CSPK cần bù.
Ƣu điểm
- vận hành đơn giản, không ồn
- tổn thất công suất tác dụng rơi trên tụ nhỏ, có thể đặt ở mọi cấp điện áp
Nhƣợc điểm
- chỉ phát ra CSPK chứ không tiêu thụ CSPK nên khi bù thừa phải cắt tụ ra.
- không điều chỉnh trơn đƣợc và rất nhạy cảm với điện áp (nếu điện áp đặt đầu
cực tụ vƣợt quá 10% điện áp danh định của tụ thì tụ sẽ nổ).
2. Máy bù đồng bộ.
Thực chất là động cơ đồng bộ làm việc ở chế độ quá kích thích.
Ƣu điểm
- Không những có khả năng phát CSPK mà còn có khả năng tiêu thụ CSPK, do
đó cân bằng CSPK rất tốt.
- Có thể điều chỉnh trơn dung lƣợng bù bằng cách điều chỉnh dòng điện kích
từ.
- Ít nhạy cảm với điện áp.
Nhƣợc điểm
- Quản lý vận hành phức tạp, gây ồn
- Tổn thất công suất tác dụng lớn (gấp 10 lần của tụ)
Máy bù đồng bộ thƣờng chỉ đƣợc dùng ở những nơi yêu cầu khắt khe về chế
độ bù và thƣờng đƣợc dùng ở lƣới trung áp.
Hiện nay ở nhiều nƣớc phát triển trên thế giới sử dụng hệ thống truyền tải
điện linh hoạt FACTS (Flexible AC Transmission System) trong đó các thiết bị bù
của hệ thống dựa trên các linh kiện điện tử công suất lớn nhƣ GTO, IGTO… để
cung cấp năng lƣợng khi cần thiết để đảm bảo tính ổn định của hệ thống điện. Tiếp
theo ta tìm hiểu một số thiết bị bù trong hệ thống truyền tải điện linh hoạt FACTS .
2.2.2. Một số thiết bị bù trong FACTS.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
42
FACTS là tập hợp nhiều thiết bị điều khiển truyền tải điện năng trên nền tảng
các phần tử điện tử công suất lớn. Có thể chia các thiết bị này theo cách đấu nối:
nhóm mắc nối tiếp, nhóm mắc song song.
a. Nhóm mắc nối tiếp.
Điều khiển CSPK chảy qua điểm kết nối thông qua điều khiển biên độ, góc
pha của điện áp nguồn.
- Bộ bù đồng bộ tĩnh nối tiếp (SSSC: Static Synchronous Series Controllers)
Sơ đồ cấu trúc SSSC. VSC
U1 U2
I
US
U_conv
C
line
Hình 2.19. Sơ đồ cấu trúc SSSC
Cấu trúc bao gồm bộ VSC, tụ điện 1 chiều, máy biến áp kết nối. SSSC nối
nối tiếp vào hệ thống điện. Nó dùng để điều khiển dòng công suất và cải thiện dao
động công suất trên lƣới. Bộ SSSC sẽ bơm một điện áp US nối tiếp với đƣờng dây
truyền tải tại điểm kết nối:
US=U1-U2=Ud+jUq
Vì SSSC không tiêu thụ công suất tác dụng từ nguồn nên US bơm vào cần
phải vuông góc với dòng điện đƣờng dây. Nhƣ vậy bằng cách thay đổi biên độ điện
áp Uq của điện áp bơm vào đƣờng dây SSSC sẽ phát hay hấp thu CSPK. Khi Uq >0
SSSC phát CSPK, ngƣợc lại khi Uq <0 SSSC tiêu thụ CSPK.
Việc thay đổi điện áp này đƣợc thực hiện bằng bộ VSC nối bên thứ cấp của
máy biến áp. Bộ VSC sử dụng các linh kiện điện tử công suất (GTO, IGBT) để tạo
ra điện áp từ nguồn một chiều.
- Bộ bù bằng tụ mắc nối tiếp điều khiển bằng thyristor (TCSC: Thyristor
Controlled Series Compensation).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
43
TCSC là thiết bị nối tiếp trong FACTS. TCSC điều khiển điện kháng X của
đƣờng dây thông qua việc dùng thyristor điều khiển đóng hay cắt dãy tụ kết nối vào
đƣờng dây.
Hình 2.20. Sơ đồ cấu trúc TCSC
Chức năng của TSCS:
Giảm dao động điện áp
Tăng khả năng truyền tải đƣờng dây bằng cách bù CSPK
Tăng tính ổn định cho hệ thống điện
Hạn chế hiện tƣợng cộng hƣởng tần số thấp trong hệ thống điện.
b. Nhóm mắc song song.
Điều khiển dòng CSPK trên lƣới thông qua việc điều chỉnh điện áp phát ra từ
thiết bị bù.
- Bộ bù tĩnh (SVC: Static Var Compensators)
SVC là thiết bị song song trong FACTS .
Hình 2.21. Sơ đồ cấu trúc SVC
SVC điều chỉnh điện áp ở cực của nó bằng cách điều khiển lƣợng CSPK bơm
vào hay hút ra từ công suất hệ thống. Khi điện áp hệ thống thấp SVC phát CSPK,
khi điện áp cao nó hấp thụ CSPK. Việc thay đổi CSPK thực hiện bằng việc chuyển
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
44
mạch các tụ và cuộn kháng nối ở phía thứ cấp máy biến áp. Việc đóng cắt này đƣợc
thực hiện bằng các thy...
Download miễn phí Luận văn Nghiên cứu bộ lọc và bù công suất phản kháng dùng thiết bị điện tử công suất
MỤC LỤC
Lời cam đoan. .1
Mục lục .2
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt . .3
Danh mục các bảng.4
Danh mục các hình vẽ, đồ thị.5
Lời nói đầu .10
Chương 1. Tổng quan về sóng điều hòa và bù công suất phản kháng.12
1.1. Đặt vấn đề . . . 12
1.2. Tổng quan về sóng điều hòa . . .12
1.3. Tổng quan về công suất phản kháng . .24
1.4. Kết luận .27
Chương 2. Các bộ lọc sóng điều hòa và bù công suất phản kháng.28
2.1. Các bộ lọc sóng điều hòa . .28
2.2. Các phƣơng pháp bù công suất phản kháng . .40
2.3. Kết luận .47
Chương 3. Thiết kế bộ lọc tích cực và bù công suất phản kháng dùng chỉnh lưu PWM . .48
3.1. Khái quát chung về chỉnh lƣu PWM .48
3.2. Ứng dụng chỉnh lƣu PWM để làm bộ lọc tích cực 51
3.3. Cấu trúc mạch lọc sóng điều hòa và bù công suất phản kháng dùng chỉnh lƣu PWM . . . 59
3.4. Kết luận . . .63
Chương 4.Thiết kế bộ lọc tích cực và bù CSPK cho tải bể mạ nhôm 5000A,24V.64
4.1. Đặt vấn đề . . .64
4.2. Phân tích ảnh hƣởng của tải bể mạ lên lƣới điện . .66
4.3. Thiết kế bộ lọc cho nguồn bể mạ . .77
4.4. Khảo sát mạch lọc với nguồn bể mạ . .85
4.5. Kết luận chung . . . . 96
Để tải bản DOC Đầy Đủ xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung:
nguyên lý bộ lọc nối tiếp AFSSố hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
38
Hình 2.14. Mạch lọc tích cực 3 dây
- Mạch lọc tích cực bốn dây: có thể dùng cho tải phi tuyến 1 pha cấp nguồn từ
hệ thống nguồn cấp bốn dây (có thêm dây trung tính) hay cho tải phi tuyến ba pha.
Trong hệ này mạch lọc sẽ loại bỏ sự quá dòng ở dây trung tính.
Trong mạch lọc tích cực loại này có thể chia ra mạch lọc tích cực 4 dây có
điểm giữa và mạch lọc tích cực 4 dây. Cấu trúc mạch lọc tích cực 4 dây có điểm
giữa thƣờng đƣợc sử dụng hơn do nó yêu cầu số van bán dẫn ít hơn tuy nhiên cấu
trúc điều khiển sẽ phức tạp hơn và yêu cầu tụ có dung lƣợng lớn và vấn đề cân bằng
điện áp trên tụ cần đƣợc quan tâm. Trong khi đó cấu trúc 4 dây thì điều khiển
đơn giản hơn, dung lƣợng tụ yêu cầu thấp hơn nhƣng cần số van chuyển mạch lớn
hơn.
Unbalanced
Load
Ua
Ub
Uc
isa
isb
isc
iLa
iLb
iLc
icaicbicc
S1 S3 S5
S4 S6 S2
Cdc
Cdc
N
icn
isn iLn
Hình 2.15. Mạch lọc tich cực 4 dây có điểm giữa
Tải phi
tuyến
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
39
Unbalanced
Load
Ua
Ub
Uc
isa
isb
isc
iLa
iLb
iLc
icaicbicc
S1 S3
S2 S4
Cdc
N
icn
isn iLn
S5 S7
S6 S8
Hình 2.16. Mạch lọc tích cực 4 dây
2.1.3. Bộ lọc hỗn hợp.
Thực chất là sự kết hợp của bộ lọc chủ động và bộ lọc thụ động. Mục đích là
giảm chi phí đầu tƣ ban đầu và cải thiện hiệu quả của bộ lọc động. Bộ lọc thụ động
sẽ lọc những sóng điều hòa mà bộ lọc chủ động không lọc đƣợc hay lọc một cách
khó khăn. Chính vì thế thông số chỉ tiêu của bộ lọc chủ động sẽ không cần quá cao
qua đó giảm đƣợc chi phí.
Sơ đồ nguyên lý của mạch lọc hỗn hợp nhƣ hình dƣới:
Non-
Linear
LoadSource
AFs
UF
Passive
filter
Non-
Linear
LoadSource
AF
Passive
filter
Hình 2.17. Thiết bị lọc hỗn hợp
Tải phi
tuyến
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
40
Ngoài ra khi kết hợp AF và AFs ta đƣợc bộ UPQC (Unified Power Quality
Conditioner) kết hợp đƣợc cả chức năng của AF và AFs.
Hình 2.18. Sơ đồ cấu trúc UPQC
Trong UPQC, AFs có chức năng cách lý sóng điều hòa giữa tải và nguồn,
điều chỉnh điện áp, giảm dao động, giữ điện áp cân bằng. AF có chức năng lọc sóng
điều hòa, triệt tiêu thành phần thứ tự âm. Tuy nhiên giá thành đắt và điều khiển phức
tạp.
2.2. Các phương pháp bù công suất phản kháng.
2.2.1. Các thiết bị bù công suất phản kháng.
Ở chƣơng 1 ta đã nói tới một số biện pháp bù công suất phản kháng, tƣơng
ứng với các biện pháp đó là có một số các thiết bị bù phổ bến nhƣ sau:
1. Tụ điện tĩnh.
Khi có điện áp đặt vào tụ có dòng điện chạy qua tụ, dòng này vƣợt trƣớc
điện áp một góc 900 do đó phát ra CSPK. Để đóng cắt tụ điện vào đƣờng dây
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
41
ngƣời ta sử dụng các thyristor. Thông qua việc điều chỉnh đóng cắt các thyristor sẽ
điều chỉnh đƣợc dung lƣợng CSPK cần bù.
Ƣu điểm
- vận hành đơn giản, không ồn
- tổn thất công suất tác dụng rơi trên tụ nhỏ, có thể đặt ở mọi cấp điện áp
Nhƣợc điểm
- chỉ phát ra CSPK chứ không tiêu thụ CSPK nên khi bù thừa phải cắt tụ ra.
- không điều chỉnh trơn đƣợc và rất nhạy cảm với điện áp (nếu điện áp đặt đầu
cực tụ vƣợt quá 10% điện áp danh định của tụ thì tụ sẽ nổ).
2. Máy bù đồng bộ.
Thực chất là động cơ đồng bộ làm việc ở chế độ quá kích thích.
Ƣu điểm
- Không những có khả năng phát CSPK mà còn có khả năng tiêu thụ CSPK, do
đó cân bằng CSPK rất tốt.
- Có thể điều chỉnh trơn dung lƣợng bù bằng cách điều chỉnh dòng điện kích
từ.
- Ít nhạy cảm với điện áp.
Nhƣợc điểm
- Quản lý vận hành phức tạp, gây ồn
- Tổn thất công suất tác dụng lớn (gấp 10 lần của tụ)
Máy bù đồng bộ thƣờng chỉ đƣợc dùng ở những nơi yêu cầu khắt khe về chế
độ bù và thƣờng đƣợc dùng ở lƣới trung áp.
Hiện nay ở nhiều nƣớc phát triển trên thế giới sử dụng hệ thống truyền tải
điện linh hoạt FACTS (Flexible AC Transmission System) trong đó các thiết bị bù
của hệ thống dựa trên các linh kiện điện tử công suất lớn nhƣ GTO, IGTO… để
cung cấp năng lƣợng khi cần thiết để đảm bảo tính ổn định của hệ thống điện. Tiếp
theo ta tìm hiểu một số thiết bị bù trong hệ thống truyền tải điện linh hoạt FACTS .
2.2.2. Một số thiết bị bù trong FACTS.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
42
FACTS là tập hợp nhiều thiết bị điều khiển truyền tải điện năng trên nền tảng
các phần tử điện tử công suất lớn. Có thể chia các thiết bị này theo cách đấu nối:
nhóm mắc nối tiếp, nhóm mắc song song.
a. Nhóm mắc nối tiếp.
Điều khiển CSPK chảy qua điểm kết nối thông qua điều khiển biên độ, góc
pha của điện áp nguồn.
- Bộ bù đồng bộ tĩnh nối tiếp (SSSC: Static Synchronous Series Controllers)
Sơ đồ cấu trúc SSSC. VSC
U1 U2
I
US
U_conv
C
line
Hình 2.19. Sơ đồ cấu trúc SSSC
Cấu trúc bao gồm bộ VSC, tụ điện 1 chiều, máy biến áp kết nối. SSSC nối
nối tiếp vào hệ thống điện. Nó dùng để điều khiển dòng công suất và cải thiện dao
động công suất trên lƣới. Bộ SSSC sẽ bơm một điện áp US nối tiếp với đƣờng dây
truyền tải tại điểm kết nối:
US=U1-U2=Ud+jUq
Vì SSSC không tiêu thụ công suất tác dụng từ nguồn nên US bơm vào cần
phải vuông góc với dòng điện đƣờng dây. Nhƣ vậy bằng cách thay đổi biên độ điện
áp Uq của điện áp bơm vào đƣờng dây SSSC sẽ phát hay hấp thu CSPK. Khi Uq >0
SSSC phát CSPK, ngƣợc lại khi Uq <0 SSSC tiêu thụ CSPK.
Việc thay đổi điện áp này đƣợc thực hiện bằng bộ VSC nối bên thứ cấp của
máy biến áp. Bộ VSC sử dụng các linh kiện điện tử công suất (GTO, IGBT) để tạo
ra điện áp từ nguồn một chiều.
- Bộ bù bằng tụ mắc nối tiếp điều khiển bằng thyristor (TCSC: Thyristor
Controlled Series Compensation).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
43
TCSC là thiết bị nối tiếp trong FACTS. TCSC điều khiển điện kháng X của
đƣờng dây thông qua việc dùng thyristor điều khiển đóng hay cắt dãy tụ kết nối vào
đƣờng dây.
Hình 2.20. Sơ đồ cấu trúc TCSC
Chức năng của TSCS:
Giảm dao động điện áp
Tăng khả năng truyền tải đƣờng dây bằng cách bù CSPK
Tăng tính ổn định cho hệ thống điện
Hạn chế hiện tƣợng cộng hƣởng tần số thấp trong hệ thống điện.
b. Nhóm mắc song song.
Điều khiển dòng CSPK trên lƣới thông qua việc điều chỉnh điện áp phát ra từ
thiết bị bù.
- Bộ bù tĩnh (SVC: Static Var Compensators)
SVC là thiết bị song song trong FACTS .
Hình 2.21. Sơ đồ cấu trúc SVC
SVC điều chỉnh điện áp ở cực của nó bằng cách điều khiển lƣợng CSPK bơm
vào hay hút ra từ công suất hệ thống. Khi điện áp hệ thống thấp SVC phát CSPK,
khi điện áp cao nó hấp thụ CSPK. Việc thay đổi CSPK thực hiện bằng việc chuyển
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
44
mạch các tụ và cuộn kháng nối ở phía thứ cấp máy biến áp. Việc đóng cắt này đƣợc
thực hiện bằng các thy...